Бесплатный фрагмент - Биоконтейнер для выращивания растений на Марсе

Земля — колыбель Человечества, но не может же оно всё время находится в колыбели.

К. Э. Циолковский

Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство.

К. Э. Циолковский

Мне нравится участвовать в проектах, которые меняют мир. Космос изменит мир больше, чем, что бы то ни было. Если человечество сможет выйти за пределы Земли, то там и будет его будущее.

Илон Маск

Реферат

Герметичный контейнер, изготовленный из прозрачного материала пропускающего свет, снабжённый отверстием с запирающим клапаном в которое с помощью внешнего насоса закачивается марсианская атмосфера и создаётся давление около 640 — 560 мм рт. ст., соответствующее в земных условиях оптимальной высоте около 1450 — 2600 метров над уровнем моря, на которой в основном произрастают высокогорные альпийские растения.

Для улучшения условий культивирования и повышения вегетативного периода растений, при малой солнечной освещённости и низких температурах окружающей среды, этот контейнер дополнительно снабжён внешними светоотражающими поверхностями, увеличивающими равномерную освещённость растений и повышающими обогрев контейнера за счёт естественной инсоляции.

Предисловие

С освоением ближайших к нам Небесных тел Солнечной системы, возникает вопрос о создании на них искусственных оранжерей, предназначенных для репродукции растительной пищи, а также для переработки углекислого газа и продуцирования кислорода.

В этой книге приведено устройство герметичного биоконтейнера, предназначенного для выращивания растений в экстремальных инопланетных условиях и приведены перспективные виды растений, способных развиваться при низких температурах и в разряжённой атмосфере.

Отдельная глава этой книги посвящена некоторым сведениям о древней высокоразвитой цивилизации на Земле и её антропологическом присутствии на Марсе. Имеется множество фактов, что ранее на нашей планете существовала более развитая цивилизация, которая располагала глубокими знаниями, что нашло своё отражение и в дошедших до наших дней древних текстах.

Для поддержания положительного психологического климата в дальних космических поселениях, необходимо использовать различные методики. В небольших коллективах людей, длительное время находящихся в замкнутых пространствах, имеется высокая потребность общения со своими близкими, живущими от них вдали, предполагается также использовать различные общедоступные духовные практики, в том числе и задействование каналов телепатического общения.

Часть материалов этой книги посвящена поиску альтернативных источников энергии, предназначенной для дальних космических полётов за пределы Солнечной системы.

Освоение ближайших небесных тел Солнечной системы

В последние годы в научной и научно-популярной литературе появились многочисленные публикации, связанные с колонизацией ближайших к нам небесных тел Солнечной системы. Речь, прежде всего, идет о построении жилых модулей на поверхности Луны и Марса.

Луна является естественным спутником Земли, отстоящим от нее в среднем на 384 тысяч километров, а ее диаметр составляет 0,27 диаметра Земли. На диске Луны даже невооруженным глазом видны обширные темные равнины, называемые «морями», расположенные на светлом фоне «материков». В телескоп различаются горные хребты и многочисленные кратеры.

Атмосфера на Луне почти полностью отсутствует. Период обращения Луны вокруг Земли составляет 27,3217 земных суток. Период оборота Луны вокруг своей оси также соответствует данному числу, вследствие чего Луна всегда повернута к Земле одной своей стороной.

Дневная температура поверхности Луны в местах отвесного падения солнечных лучей достигает +120 градусов Цельсия, а во время ночи, продолжающейся около 14 земных суток, она снижается до –160 градусов Цельсия.

Вторым Небесным телом, перспективным для освоения человеческой цивилизацией, является Марс. Эта планета находится на относительно небольшом удалении от Солнца.

Близость Земли и Марса проявляется и в их периоде обращения вокруг своей оси. Согласно современным научным данным, продолжительность марсианского дня составляет 24 часа 37 минут, а один марсианский год равен 687 земных суток.

Марс по объему в 6 раз меньше Земли, удален от Солнца в 1,5 раза дальше, чем Земля и получает в 2,3 раза меньше солнечной энергии.

Поэтому поверхность данной планеты выглядит холодной и безжизненной пустыней с регулярно проносящимися над ней ураганными песчаными бурями, при этом скорость ветра порою достигает 50 — 90 метров в секунду.

Атмосфера Марса в 100 раз более разрежена, чем наша и атмосферное давление на марсианской поверхности такое же, как на земной высоте на уровне тридцати километров.

В состав марсианской атмосферы главным образом входит углекислый газ — 95,3%, а также небольшое количество азота — 2,7%, аргона — 1,6%, кислорода 0,1% и водяного пара — 0,03%.

Средняя температура на Марсе −63°С, что значительно ниже, чем на Земле и климат там намного суровее, чем в Антарктиде. А поскольку марсианская атмосфера сильно разрежена, то на её поверхности происходят большие суточные колебания температуры.

В летний период года на дневной половине планеты воздух прогревается свыше +20° С, а максимальная температура воздуха, зафиксированная марсоходом «Спирит», составила +35° C.

Но в зимней период времени ночная температура на экваторе понижается до −80° C и даже до −125° С. При этом на полюсах ночная температура может опускаться до −143° C.

В то же время следует отметить, что приведенные суточные колебания температуры не столь значительны, как на Луне и Меркурии, которые почти полностью лишены атмосферы.

На Марсе выявлены, так называемые, температурные оазисы. Так в районах «озера» Феникс и земли Ноя перепад температур составляет от −53°С до +22°С летом и от −103°С до −43°С в зимний период года.

На поверхности этой планеты выявлены большие запасы воды в виде льда, которые порою занимают гигантские объемы толщиной до 1000 метров. Большие запасы замёрзшей воды на Марсе сосредоточены и в приполярных шапках, объёмы которой составляют около пяти миллионов кубометров.

В земные телескопы можно регулярно наблюдать сезонное таяние северной полярной шапки на Марсе и это приводит к образованию в его приполярной зоне протяженных темных полос, содержащих жидкую воду.

Учёными высказываются предположения о том, что в более глубоких слоях марсианского грунта, могут находится жидкие солёные озёра, в которых очевидно имеются определённые формы жизни. Так при радиозондировании южного полушария были обнаружены обширные объёмы жидкой воды, расположенные в глубине этой планеты.

Согласно накопленным данным, около трёх милиардов лет назад Северную марсианскую равнину занимал солёный океан, глубина которого составляла около одного километра и было много озёр и рек, и на этой планете был относительно мягкий и влажный климат.

В далеком прошлом природно-климатические условия на Земле и Марсе были очень схожими, и в атмосфере Марса было много кислорода. Об этом свидетельствует и красный цвет планеты, который обусловлен окислами железа, содержащими огромное количество химически связанного кислорода.

В ходе проведенных исследований было установлено, что раньше на Марсе присутствовало магнитное поле, и на этой планете была высокая вулканическая активность.

То, что в настоящее время в атмосфере Марса в основном присутствует углекислый газ, а в марсианской почве найдены значительные объёмы воды, делает его наиболее перспективным для культивирования фотосинтезирующих растений, необходимых для более успешной человеческой колонизации этой планеты.

С освоением ближайших к нам Небесных тел, возникает вопрос о создании на них искусственных оранжерей, предназначенных для репродукции растительной пищи, а также для переработки углекислого газа и продуцирования кислорода.

Ранее в лаборатории космической биологии Московского университета проводились эксперименты по изучению приспособляемости земных организмов к марсианским условиям. Подопытные биологические объекты помещали в барокамеру, в которой создавалось пониженное атмосферное давление, аналогичное атмосферному давлению на марсианской поверхности. В этих условиях птицы и млекопитающие погибали за считанные секунды. Черепахи и лягушки жили в течение многих часов, а насекомые — по несколько недель.

Злаковые и бобовые растения пускали корни и росли, но не были способны давать семена. А грибы, лишайники, водоросли и мхи очень быстро адаптировались к новым условиям. Именно поэтому некоторые ученые утверждают, что в настоящее время простейшие живые существа продолжают обитать в недрах Марса.

Учеными неоднократно сообщали о находках в метеоритах «марсианской группы» биогенных включений, напоминающих собой остатки микроорганизмов, похожих на древние земные бактерии.

Ричард Зэар, из Стэнфордского научного центра, сделал по этому поводу следующее заявление:

«Если мы правы, значит, жизнь на Земле не уникальна. Если Марс мог поддерживать жизнь в ранний период своей истории, значит, она могла развиваться и на бесчисленном множестве других планет. Вселенная, таким образом, оказывается гораздо более удивительным и поразительным местом».

Среди представителей Земной растительности, имеются уникальные особи, способные выжить даже в суровых марсианских условиях. Так среднесуточная температура на экваторе Марса составляет около — 40 градусов Цельсия. Как мы знаем, наши северные сосны и ели хорошо приспособились к низким температурным условиям.

Поэтому в современной прессе появились сообщения о перспективности адаптации хвойных пород к суровым марсианским условиям. После высаживания их в марсианский грунт предполагается для его обогрева использовать электричество солнечных батарей.

Однако разработчики этой программы не учли тот факт, что на Марсе имеется очень разряженная атмосфера, не пригодная по своей плотности для поддержания дыхательного цикла у высших растений. Наглядным примером служат земные горы. Так на высоте свыше 2800 — 3000 метров над уровнем моря хвойные породы деревьев, как правило, уже не растут из-за относительно высокой разреженности Земного атмосферного воздуха. А на поверхности Марса, разреженность атмосферы, почти в сто раз превышает земное и соответствует около 30 тысяч метров высоты на нашей планете.

Но если хвойные породы деревьев, таких как: ель, сосна и кедр, поместить в прозрачный герметический купол, заполненный марсианским или лунным грунтом, подогреваемым светоотражающими поверхностями, а также электричеством солнечных батарей, и создать в нем необходимое атмосферное давление, то будут созданы приемлемые условия для культивирования земных высокогорных альпийских растений в суровых условиях марсианского или лунного климата.

Что касается низших растений, таких как: лишайники, мхи и грибы, и, особенно, микроскопические сине-зеленые водоросли, то для их культивирования, с целью повышения плодородности марсианского грунта, достаточно будет осуществить только его регулярный подогрев и увлажнение почвы. Это создаст благоприятные условия для высвобождения застывшей в марсианском грунте влаги, что обеспечит питание низших растений, необходимыми минеральными соединениями.

Указанные низшие формы растения очень стойко переносят высокое разрежение атмосферного воздуха. Им также не страшно и длительное пребывание при очень низких температурах, способствующих их глубокой консервации, после которой они успешно восстанавливают свои жизнеспособные функции.

В последующем, в этом грунте могут выращиваться в оранжерейных условиях с искусственной атмосферой, различные агрокультуры, как для пополнения рациона питания людей, так и для воспроизводства на Луне и Марсе некоторых видов домашних животных, например: перепелок и кроликов, необходимых для обеспечения далеких космических поселений богатой белковой пищей.

Биоконтейнер для выращивания растений в экстремальных инопланетных условиях

Герметичный контейнер, изготовленный из прозрачного материала пропускающего свет, снабжённый отверстием с запирающим клапаном в которое с помощью внешнего насоса закачивается марсианская атмосфера и создаётся давление около 640 — 560 мм рт. ст., соответствующее в земных условиях оптимальной высоте около 1450 — 2600 метров над уровнем моря, на которой в основном произрастают высокогорные альпийские растения.

Для улучшения условий культивирования и повышения вегетативного периода растений, при малой солнечной освещённости и низких температурах окружающей среды, этот контейнер дополнительно снабжён внешними светоотражающими поверхностями, увеличивающими равномерную освещённость растений и повышающими обогрев контейнера за счёт естественной инсоляции.

Биоконтейнер состоит из нижнего поддона, в котором находится углубление для грунта и светопроницаемой верхней куполообразной крышки.

В углубление нижнего поддона помещается гигроскопичный материал, способный поглощать и удерживать воду, а сверху насыпается измельчённый грунт, в который одновременно высаживают несколько видов высокогорных альпийских растений и осуществляется увлажнение почвы.

Светопроницаемая верхняя крышка контейнера герметично закрывается и через отверстие, снабжённое запирающим клапаном, закачивается марсианский воздух до определенного атмосферного давления, соответствующего высоте, на которой произрастают высокогорные альпийские растения.

Герметичность контейнера обеспечивает оптимальное атмосферное давление внутри контейнера, а также поддерживает в нём определённую влажность, препятствуя испарению воды во внешнюю среду. Стенки контейнера и находящаяся в нём под давлением воздушная среда также дополнительно защищают растения от резких температурных колебаний в течении суток.

Альпийские растения в естественных условиях лучше развиваются в симбиотических ассоциациях. Так лишайники требуют минимальных питательных веществ, в основном получаемых из минералов, на которых они произрастают.

На образованном лишайниками биогумусе хорошо развиваются мхи, создающие благоприятные условия для образования ещё более питательного биоциноза, необходимого для культивирования высших растений.

Для оптимального развития растений им требуется дополнительный обогрев, который можно осуществить с помощью светоотражающих поверхностей, размещенных вокруг контейнера.

Концентраторы солнечной энергии

Для обеспечения энергетических потребностей при колонизации Марса будут доставлены энергетические ядерные установки.

В то же время необходимо будет максимально использовать и другие альтернативные источники энергии, в том числе и солнечную.

Использование солнечной энергии непосредственно в виде тепла, является значительно более доступным, чем преобразования её в электричество.

На основе концентраторов солнечных лучей, изготовленных из лёгкой светоотражающей плёнки, можно создать накопители тепловой энергии самых разнообразных форм и размеров.

Задача концентратора солнечной энергии — сфокусировать солнечные лучи на ёмкости контейнера, предназначенного для выращивания растений при экстремальных инопланетных условиях окружающей среды.

Это позволит увеличить равномерную освещённость растений и повысить обогрев контейнера за счёт естественной инсоляции, что будет способствовать улучшению условий культивирования и повышению вегетативного периода растений, даже при малой солнечной освещённости и низких температурах окружающей среды.

Для повышения эффективности использования солнечного излучения и дополнительного обогрева корневой системы растений можно также использовать ёмкости с масляными теплоносителями, не замерзающие при низких температурах.

Когда солнечные лучи отражаются с большей поверхности на меньшую поверхность приёмника с теплоносителем, то теплоноситель поглощает это тепло и аккумулирует его вокруг корневой системы растения, в том числе и в период резкого понижения температуры в ночные часы.

Перспективные виды растений для культивирования на Марсе

Для искусственного культивирования растений на Марсе, необходимо отобрать наиболее устойчивые виды, способные выживать в экстремальных условиях с низкими температурными режимами и коротким вегетативным периодом плодоношения.

Именно такими свойствами наделены земные растения, произрастающие высоко в горах. В высокогорном альпийском и субальпийском поясе снежный покров сходит поздно и вегетативный период растений там длится не долго. При этом в ночные часы часто бывают заморозки, а в дневное время суток температура может быть свыше +30 градусов Цельсия.

Однако произрастающие там растения приспособились к экстремальным условиям существования с низким атмосферным давлением и большими перепадами температур и способны даже за относительно небольшой вегетативный период времени завершить созревание плодов до момента образования нового стойкого снежного покрова.

Поэтому, как только растает снег, то сразу же распускаются листья у высокогорных растений и начинается их цветение.

И хотя на высокогорных альпийских лугах отдельные травянистые растения могут произрастать на экстремальной высоте до 4000 и даже до 5000 метров над уровнем моря, но они очень маленького размера, чуть возвышаются над почвой и сходны с растениями произрастающими в тундре.

Более перспективными видами флоры, для культивирования в искусственных условиях на Марсе, являются представители растений, произрастающие в высокогорном альпийском и субальпийском поясе на высоте 1500 — 2500 метров над уровнем моря.

Рассмотрим некоторые из них.

Лишайники

Лишайники (лат. Lichenes) — являются симбиотическими ассоциациями грибов и микроскопических зелёных водорослей. К настоящему времени учёными описано более 26 тысяч видов лишайников.

Это наиболее примитивные виды растений, которые питаются за счет фотосинтеза минеральными неорганическими соединениями, а некоторые их виды способны дополнительно осуществлять фиксацию азота, синтезируя на его основе сложные органические соединения.

Развиваются лишайники очень медленно и иногда растут всего лишь несколько десятых миллиметра в год. Выделяемые ими кислоты способствуют растворению неорганического субстрата, на котором они культивируются, и тем самым они вносят существенный вклад в процессы почвообразования.

Они способны переносить такие экстремальные условия как засуха, высокая радиация и ультрафиолетовое облучение, произрастание в кислой и в щелочной среде, а также большие перепады температуры: от — 50 до +80 градусов по Цельсию. Они могут расти в экстремальных альпийских условиях на высоте до 4500 — 5000 метров над уровнем моря.

Около двухсот видов лишайников обитает в Гренландии и в Антарктиде, где основная часть суши большее время года покрыта льдом.

Учёные с помощью экспериментов установили, что некоторые виды лишайников способны выживать в крайне неблагоприятных условиях, в том числе и течении нескольких недель за пределами земной атмосферы в условиях космического пространства.

Отдельные виды лишайников, такие как Ягель и Исландский мох являются основным кормом для северных оленей. Их также широко используют в медицинских целях при лечении простудных, кожных и некоторых видов онкологических заболеваний.

Следует также отметить, что лишайники являются одними из самых долгоживущих организмов и могут достигать возраста от нескольких сотен до несколько тысяч лет.

Мхи

Мхи или моховидные (лат. Bryophyta) — относятся к высшим растениям и насчитывают свыше 10 000 видов. Они способны расти в экстремальных альпийских условиях на высоте до 4000 — 4500 метров над уровнем моря.

Растущие на суше мхи являются мелкими растениями около 5 сантиметров в длину, а мхи обитающие в воде могут достигать до полуметра.

Они произрастают на всех континентах, в том числе и в экстремальных условиях Антарктиды и Гренландии.

Мхи участвуют в создании биоценозов, на которых затем могут успешно культивироваться другие растения.

Они способны впитывать и удерживать большое количество воды и тем самым регулировать водный баланс, а также являются источником образования торфа.

В хозяйственной деятельности человека их используют в медицинских целях, как перевязочный материал, а также в строительстве в качестве утеплителя.

Иван-чай, Кипрей